• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권3호
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• pp.261-275
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• 2012

본 논문은 이수식 쉴드 TBM 굴착시 굴착면 안정에 큰 영향을 미치는 굴착면의 이수 침투에 따른 이막형성여부에 대하여 해석적 고찰을 수행하였다. 이러한 해석적 접근은 이수식 쉴드 TBM의 계획 및 설계시 최적 장비 형식 선정 및 시공계획 수립에 참고가 될 수 있으나, 이제까지 이에 대한 효과적인 해석적 방법에 대하여 제안된 것이 없는 상황이다. 따라서 본 논문에서는 사질토 입자의 모델링에 효과적인 $PFC^{2D}$의 Fluid Coupling simulation을 이용하여 해석을 수행하였으며, 해석결과, 이수침투 특성은 굴착 대상지반의 투수성과 이수특성(비중, 점성계수등)에 따라 변화됨을 파악할 수 있었다. 본 해석적 접근방법을 통하여 이수식 쉴드 TBM의 계획 설계단계에서 대상지반 특성을 고려한 이수 점도관리 방안 수립과 함께 시공중의 초기굴진단계에서의 최적 이수점도의 재검증을 통하여 안전한 터널시공에 도움이 될 것이라 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권6호
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• pp.1039-1048
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• 2018

도심지 터널공사에서는 주변 건물의 안전성을 확보하고, 민원을 최소화할 수 있는 쉴드TBM 공법이 대부분 적용되고 있다. 도심지에는 기존의 택지를 매립조성하거나 개량하는 경우가 많기 때문에 지표에서부터 암반 경계부까지는 불균질한 상태로 이루어지는 경우가 많다. 이와 같이 토사지반, 파쇄정도가 다양한 화강암지반, 핵석층, 암층과 같이 복잡한 지반 조건에서 쉴드TBM으로 터널구조물을 구축하는 경우, 각 지반조건에 따른 쉴드TBM에 나타나는 기계데이터를 분석하여 지반조건에 따른 장비부하의 특징을 비교분석하였다. 그 결과, 설계막장압을 유지하면서 굴진하고, 주기적으로 커터를 점검하여 교체하는 경우, 배토량, 추력, 커터토오크의 경향으로 지반조건의 변화를 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권2호
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• pp.161-172
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• 2014

본 연구에서는 해저 배출관로 건설을 위한 직경 4.4 m 토압식 쉴드TBM을 설계 제작하였다. 압축강도가 가장 큰 구간을 대상으로 커터헤드를 설계하고 쉴드TBM의 핵심 사양을 검토하였다. 쉴드TBM의 최대 용량을 만족하기 위해서는 디스크커터의 관입깊이를 7 mm/rev 이하로 적용해야 하는 것으로 나타났다. 설계 제작된 재활용 쉴드TBM의 현장 굴진자료를 분석한 결과, 약 95%의 현장 관입깊이가 7 mm/rev이하였으며, 디스크커터와 TBM 최대 용량 이내로 굴진이 이루어졌음을 확인하였다. 또한 CSM모델에 의한 커터 작용력과 현장의 커터 작용력을 비교한 결과, CSM모델로 예측한 커터 적용력이 약 22~25% 크게 나타났으나 대체로 현장의 커터 작용력과 유사한 경향을 나타내었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제9권1호
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• pp.37-47
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• 2007

환경훼손 및 주거 과밀지역의 민원을 최소화할 목적으로 도심지 공사에서 쉴드터널공법의 적용이 날로 증대되고 있다. 쉴드터널의 주 구조체인 라이닝 세그멘트는 연속체가 아닌 이음부를 가지는 구조로 되어져 있다. 지금까지 설계실무에서는 라이닝 세그멘트의 구조해석 모델이나 설계하중 및 지반정수의 영향 등에 대한 별다른 검증 평가없이 과거의 국내 외 설계자료를 관행적으로 적용하고 있다. 본 연구에서는 국 내외에서 현재 사용하고 있는 쉴드터널의 세그멘트 해석 및 설계 모델들에 대해 이론해와 수치해의 비교를 통하여 적정성을 평가하였다. 그 결과, 사용의 편이성과 현장조건 의 적용성, 해석결과의 적용성 측면에서 전주면빔이음스프링 모델(1R-S0)을 제안하였다. 그리고, 제안된 모델을 이용하여 이음부 강성과 지반강성, 이음부 분할 분포 및 분할 개수 등에 대한 매개변수 해석을 수행하였다. 그 결과, 이음부를 갖는 라이닝 세그멘트에 발생하는 휨모멘트는 일정한 크기 이상의 지반강성에서 이음부가 없는 연속체의 라이닝 세그멘트에 발생하는 휨모멘트의 크기에 일정한 비율로 수렴함을 알 수 있었다. 또한, 이음부의 강성이 작을수록 측벽부에 비하여 천정부와 바닥부의 휨모멘트가, 수평변위에 비하여 수직변위가 이음부 분할 분포에 따라 큰 영향을 받는 것을 알 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권3호
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• pp.261-275
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• 2020

쉴드 TBM 공법을 사용해 단층파쇄대에 소단면 공동구 터널을 굴착 시 과다한 내공변위 및 붕락 발생 가능성이 높다. 단층파쇄대로 인한 트러블 및 공기증가로 인한 공사비 손실을 최소화하기 위해 적절한 지반보강이 요구된다. 본 연구에서는 단층파쇄대의 폭, 단층점토의 존재여부, 토피고 지하수위를 매개변수로 하여 MIDAS GTS NX (Ver. 280)을 이용한 수치해석을 통해 최적보강영역을 제시하고 주변지반 거동을 알아보았다. 그 결과 단층점토가 없는 경우 최대 0.5D 만큼 지반보강 적용 시 내공변위 및 지표침하 기준을 만족하였으며, 높은 투수계수로 인해 0.5D의 차수보강 적용이 필요하다고 판단된다. 단층점토가 존재할 때 내공변위 및 지표침하는 최소 0.5D에서 최대 터널 상부 단층파쇄대 전체에 지반보강 적용 시 안정성확보가 가능하였으며, 단층점토로 인해 지하수 유출량이 기준치 이내로 발생하여 차수보강이 불필요하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권1호
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• pp.95-105
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• 2014

철근콘크리트 쉴드 터널 라이닝은 대형화재 등과 같은 고온에 노출될 경우, 구조체에의 급격한 온도 전달 및 내하력 저하로 구조체 붕괴의 원인이 될 수 있기 때문에 내화성능을 확보해야 한다. 이 연구는 쉴드터널의 프리캐스트 RC 세그먼트 라이닝에 대한 내화성능을 평가하고자 실험/해석적 연구를 수행하였다. 실험적 연구에서는 프리캐스트 RC 세그먼트내의 열적 취약부위를 실험변수로 하여 6개의 실 대형 실험체에 대한 내화실험을 실시하였으며, 화재조건은 RABT 곡선에 의한 온도이력을 이용하였다. 내화실험결과 이 연구에서 제시된 쉴드형 터널의 PP섬유 혼입콘크리트 충전부위는 폭렬이 발생하지 않는 우수한 내화성능을 나타내었다. 해석적 연구에서는 온도의존성을 고려한 재료의 열특성을 고려하여 비정상 유한요소 온도분포해석 기법을 이용하였는데, 실험결과를 잘 모사하는 것으로 검증되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권4호
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• pp.647-657
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• 2017

이 연구에서는 대심도 복층터널을 구성하는 중간슬래브의 하중을 터널본체에 전달하는 브라켓 구조에 관한 정 동적 거동을 조사하였다. 시공속도 향상을 위해 중간슬래브를 프리캐스트 쉴드 터널라이닝 구조체에 연결하기 위한 현장 조립형 'SPC (Steel Precast Concrete) 브라켓'을 개발하였다. 'SPC (Steel Precast Concrete) 브라켓'의 구조 성능을 평가하기 위해서 실물모형 구조실험을 수행하였으며, Contact 모델을 적용한 FEM 해석을 통해서 구조적인 안정성을 추가로 검증하였다. 정적재하실험을 수행한 결과 극한하중에 대한 브라켓의 변형이나 균열은 계측되지 않았으며, 브라켓 고정용 케미컬 앵커의 뽑힘이나 변형은 발생되지 않았다. 동적재하실험 결과 케미컬 앵커의 이상은 조사되지 않았다. FEM해석에 따른 브라켓의 거동은 정적재하실험 결과와 유사한 거동을 보여 사용성 및 구조 안정성 측면에서 문제가 없다고 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권2호
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• pp.135-148
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• 2013

최근 도로터널은 장대화되고 있으며 도심지 등의 장대 대심도 도로터널의 계획이 추진되고 있다. 이러한 장대, 대심도 터널 굴착공법은 NATM과 TBM 공법 등이 있으며 유럽에서는 약 80%, 기타 선진국에서도 약 30%의 교통터널에서 Shield TBM 공법을 적용하고 있다. 하지만 국내에서는 대부분의 장비가 외국에서 고가에 수입되고 있어 국내의 TBM 터널 보급률이 상당히 낮아 NATM 굴착방식이 보편적으로 적용되고 있는 실정이다. TBM 터널의 보급을 늘리기 위해서는 TBM 장비의 국내 수급을 통한 경제성의 확보가 필요하며 이를 위해 표준화된 TBM 구경의 선정이 시급한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 도로터널의 표준화된 TBM 최적단면 선정을 위해 교통량에 따라 차로수의 규모 및 내부형상(단층 혹은 복층), 환기방식에 따른 TBM 굴착 내공단면을 활용 방안 등을 검토하여 최적 단면의 산출방안을 제시하고자 하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제32권2호
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• pp.145-157
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• 2023

This paper aims at investigating the face stability of large-diameter underwater shield tunnels considering seepage in soft-hard uneven strata. Using the kinematic approach of limit upper-bound analysis, the analytical solution of limit supporting pressure on the tunnel face considering seepage was obtained based on a logarithmic spiral collapsed body in uneven strata. The stability analysis method of the excavation face with different soft- and hard-stratum ratios was explored and validated. Moreover, the effects of water level and burial depth on tunnel face stability were discussed. The results show the effect of seepage on the excavation face stability can be accounted as the seepage force on the excavation face and the seepage force of pore water in instability body. When the thickness ratio of hard soil layer within the excavation face exceeds 1/6D, the interface of the soft and hard soil layer can be placed at tunnel axis during stability analysis. The reliability of the analytical solution of the limit supporting pressure is validated by numerical method and literature methods. The increase of water level causes the instability of upper soft soil layer firstly due to the higher seepage force. With the rise of burial depth, the horizontal displacement of the upper soft soil decreases and the limit supporting pressure changes little because of soil arching effect.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권4호
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• pp.355-364
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• 2016

최근 우리나라 서해안 산업단지의 폐열과 증기의 재활용을 위한 운송관로 수용목적으로 해저 퇴적층 지반에 3.25km의 해저터널이 쉴드 TBM으로 시공 완료되었다. 쉴드 TBM 터널은 지반조건 및 시공요인에 기인한 불확실성으로 인해 장비 침하 등 많은 위험요인을 겪게 되는데 터널 시공 중 쉴드 TBM 장비 침하로 인한 선형이탈이 발생하였으며 원인 분석결과 지지력이 부족한 연약한 점토층 지반조건이 주원인으로 작용한 것으로 검토되었다. 본 연구에서는 지반조건을 고려한 위험요인을 평가하고, 지지력을 고려한 이론식과 TBM 굴진조건 즉, 동적조건을 구현할 수 있는 3차원 수치해석을 통해 장비 침하 및 쉴드 TBM 굴진속도와의 상관관계에 대한 검토를 수행하였다. 연약한 점토층 지반에서 지지력 부족으로 쉴드 TBM 장비 침하가 발생할 수 있으며, 이를 방지하기 위해서는 지반특성에 적합한 최적 굴진속도의 적용이 필요한 것으로 검토되었으며 본 검토 대상구간 지반조건에서는 쉴드 TBM 굴진속도를 35~40 mm/min로 유지하는 경우에 장비 침하를 방지할 수 있는 것으로 검토되었다.